Fußgängergruppen

Mathias Zeleny hat sich im Rahmen seiner Masterarbeit damit
beschäftigt, wie man in Fußgängersimulationen berücksichtigen
kann, dass Menschen oft in Gruppen unterwegs sind. Natürlich wäre
für realistische Simulationsergebnisse die Berücksichtigung von
Gruppen sehr wichtig. Besonders deutlich wird das an so
katastrophalen Ereignissen wie den Unglücksfällen im Rahmen des
Haddsch in Mekka. Allerdings gibt es bisher kein allgemain
akzeptiertes Modell für Gruppen in Fußgängersimulationen.


Was ist die Hauptcharakteristik des Verhaltens einer
Fußgängergruppe? Dass die Personen in der Regel nah beieinander
bleiben. Allerdings ist dies sehr vage und wird beispielsweise an
Hindernissen auch durchbrochen.


Das "nah beieinander bleiben" läßt sich durch anziehende Kräfte
modellhaft darstellen. Mathias betrachtete hierfür drei Modelle:


Jede/r zieht jede/n an,

alle folgen einer Person,

Nachzügler schließen auf.



Um mit diese Modelle zu testen, hat Mathias ein Interface
programmiert, in dem diese Gruppenmodelle für verschiedene
Szenarien durchgespielt wurden. Die gewählten Geometrien waren
dabei:


Von links nach rechts ungehindert einen Korridor entlang
laufen,

Korridor entlang laufen mit Hindernis,

Korridor entlang laufen mit Gegenverkehr.



Die Reaktion auf die Anziehungskräfte der Gruppe und des Ziels
und die Abstoßung der Wände und Hindernisse liefert die
Trajektorien für alle Fußgänger, die automatisch bewertet werden,
ob sie mit der Realität mehr oder weniger gut übereinstimmen.
Dafür musste er möglichst objektive Regeln aufstellen und diese
dann überprüfen.


Prototypisch wurden von ihm folgende Kriterien ausgewählt:


Zeitbedarf für die Gruppe,

räumliche Nähe der Gruppe über möglichst lange Zeit,

Simulation läuft einwandfrei durch (also niemand läuft in
eine Wand),

Personen kommen sich nicht zu nah (so dass sie sich
durchdringen müssten),

es gibt keine Vollblockade.



Die zugehörigen Bewertungsfunktionen wurden je auf Werte zwischen
0 und 1 normiert und anschließend entweder arithmetisch gemittelt
oder für notwendige Bedingungen multipliziert.


Die Ergebnisse erwiesen sich als noch nicht sehr aussagekräfitg.
Als großes Problem stellte sich nämlich heraus, dass die
Zeitdiskretisierung für die Gruppensimulationen unbedingt feiner
gewählt werden muss als es in der herkömmlichen
Fußgängersimulation üblich ist, da in nur einem Zeitschritt oft
ein "in die Wand laufen" unausweichlich ist, wenn die
Abstoßungskräfte zwischen Personen realistisch gewählt werden.
Ein Gewinn ist darüber hinaus die formalisierte und
objektifizierte Schnittstelle zur Evaluation von Gruppenmodellen,
mit denen in Zukunft weiter in diesem Bereich geforscht werden
kann.

Literatur und weiterführende Informationen

C. Burstedde e.a.: Simulation of pedestrian dynamics using a
two-dimensional cellular automaton, Physica A: Statistical
Mechanics and its Applications 295 3–4, 507–525, 2001.

Independent: Hajj stampede: History of disasters a ecting
annual Islamic event in Mecca, 2015.

F. Qiu und X. Hu: Modeling group structures in pedestrian
crowd simulation. In: Simulation Modelling Practice and Theory
18.2, S. 190–205, 2010.

M. Moussaïd u. a.:The Walking Behaviour of Pedestrian Social
Groups and Its Impact on Crowd Dynamics. In: PLoS ONE 5.4 (Apr.
2010), e10047, 2010.

G. Köster u. a.: Pedestrian and Evacuation Dynamics 2012. In:
Hrsg. von U. Weidmann, U. Kirsch und M. Schreckenberg. Springer
International Publishing. Kap. Validation of Crowd Models
Including Social Groups, S. 1051–1063, 2014.


Podcasts

T. Kretz: Fußgängermodelle, Gespräch mit G. Thäter im
Modellansatz Podcast, Folge 90, Fakultät für Mathematik,
Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2016.

H. Benner: Fußgänger, Gespräch mit G. Thäter im Modellansatz
Podcast, Folge 43, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut
für Technologie (KIT), 2015.